Устройство для управления электро-приводом — SU 843140 (original) (raw)
Союз Советскик Социалистических РеслубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕПЬСТВУ(22) Заявлено 060879 (21) 2807165/24-07с присоединением заявки Йо(51) М; (п.з Государствеииый комитет СССР по делам изобретеиий и открытийДата опубликования описания 3006 В 1(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ Изобретение относится к регулируемому электроприводу постоянного и переменного тока и предназначено для систем управления электропрнводов, регулируемых по скорости, положениюи току.Известно устройство, содержащее операционные усилители и узел управляемого ограничителя уровня напряжения и тока, на которых выполняются системы управления регули" руемых электроприводов постоянного и переменного тока, построенные по принципу подчиненного регулирования Г 13.Недостатками известного уотройст ва являются невозможность достижения предельного быстродействия электро" привода с сохранением устойчивости, особенно в условиях изменения его параметров и характеристик, а также низкая надежность, малая помехоустойчивость, значительные габариты и материалоемкость, что свя-. зано с использованием большого количества дискретных элементов (резисторов, конденсаторов, диодов и транзисторов), большой длиной проводников, используемых для связи элементов и узлов устройства, на личием переходных разъемов, необходимых для взаимосвязи Функциональных устройств системы управления,и значительными напряжениями помех,возникавгими на шинах питания в связи с импульсным характером потребления тока от обцих источников в,системе управления электропривода.Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для управленияэлектроприводом, содержащее пос"ледовательно соединенные первый сумматор, интегратор, второй сумматори масштабный усилитель с узлом ог раничения напрякения, выполненныена операционных:усилителях с цепямикоррекции на микрокойденсаторах йтонкопленочных резисторах, подключенными к прямому, и инверсному вхо О дам каядого операционного усилителя Г 21Недостатком этого устройства.являютСя недостаточное быстродействие и нарушение устойчивости вусловиях широкого изменения пара", метров и характеристик электропри- .вода, например., при подключении кустройству разных по мошности двигателей, при работе в режиме пре- ЗО рывистых токов и при малых уровнях10 15 20 25 30 1 напряжения управления, а также от действия возмущений по нагрузке.В этих условиях известное устройство должно иметь различные настройки, осуществляемые с помощью подключения в качестве цепей коррекции внешних элементов (конденсаторов и резисторов), которые предварительно расВсчитываются и экспериментально уточняются, что связано с увеличением объема пуско-наладочных работ.3 Цель изобретения - повышение быстродействия при обеспечении устойчивости в условиях широкого изменения параметров и характеристик электропривода.Поставленная цель достигается тем, что известное устройство, содержацее последовательно соединенные первый сумматор, интегратор, второй сумматор и масштабный усилитель с узлом ограничения уровня напряжения, дополнительно снабжено нелинейным элементом, а также последовательносоединенными эталонной моделью электропривода и блоком Формирования сигнала ошибки, выход которого подключен ко второму входу масштабного усилителя; ме:хду выходом, масштабного усилителя и его третьим входом включен нелинейный элемент, входы эталонной модели и первого сумматора . объединены и являются входом устройства, вторые входы первого сумматора, блока Формирования сигнала ошибки и второго сумматора объединены и являются вторым входом устройства, выход второго сумматора соединен с третьим входом первого суылатора, выход масштабного усилителя является выходом устройства, управляющий вход нелинейного элемента соединен с третьим входом устройства, а общие точки эталонной модели, блока Формирования сигнала ошибки, масштабного усилителя, первого и второго сумматора и интегратора объединены и служат общим выводом устройства.Кроме того, устройство отличается тем, что в нем эталонная модель выполнена н виде, пассивного ВС-Фильтра на тонкопленочном резисторе и микроконденсаторе.В устройстве масштабный усилитель выполнен в виде операционного усилителя, в цепь обратной связи которого включены встречно-последовательно соединенные база-эмиттерные переходы бескорпусных транзисторов.Нелинейный элемеНт в устройстве выполнен в виде двух параллельных цепей, одна из которых содержит последовательно включенные резисторы, общая точка которых является управляющим входом нелинейного элемента, а вторая содержит резистор и два встречно-параллельна соединенных35 40 45 50 5 еО65 база-эмиттерных перехода бескорпусных транзисторов.На Фиг.1 изображена Функциональная схема устройства, на Фиг,2 принципиальная схема.Устройство (Фиг.,1) содержит последовательно соединенные эталонную модель 1, блок 2 Формирования сигнала ошибки, масштабный усилитель 3с узлом ограничения уровня напря-жения и нелинейный элемент 4, выход которого соединен со вторым входом масштабного усилителя 3, а также последовательно соединенный первый сумматор 5, интегратор 6 и второй сужлатор 7, выход которого подключен к объединенным входам масштабного усилителя 3 и первого сумматора 5. Крометого, вход эталонной модели 1 и второй вход первогосумматора 5 объединены и являютсяпервым входом 8 устройства, первыевходы блока 2 Формирования сигнала ошибки и второго сумматора 7объединены с третьим входом первогосумматора 5 и являются вторым входом 9 устройства,выход масштабногоусилителя 3 подключен к выходу 10устройства, второй регулировочныйвход линейного элемента 4 являетсятретьим входом 11 устройства, а общие точки эталонной модели 1, блока2, усилителя 3, сумматора 5, интегратора б и второго сумматора 7 объединены и являются общим выводомустройства. Устройство реализовано в соответствии с принципиальной схемой (Фиг.2) и содержит операционные усилители с цепями коррекции, выполненными на микросхемах, и связи, выполненные на тонкопленочных резисторах и микро- конденсаторах.Устройство работает следующим образом.Задающий сигнал, поступающий на вход 8 и являющийся одновременно управляющим сигналом для регулируемого электропривода, подается на эталонную модель 1, реализованную в виде пассивного Фильтра на тонкопленочном резисторе 12 и микроконденсаторе 13. На выходе эталонной модели (средняя точка между резистором 12 и микроконденсатором 13) формируется сигнал, соответствующий устойчивому с предельным быстродействием переходному процессу в электроприводе при стандартном (скачкообразном) воздействйи. Одновременно с этим поступающий на вход 9. регулируемый сигнал, пропорциональный выходной координате электропривода (скорости), взятой с противойоло.хным знаком, подается через резистор 14 вместе с выходным сигналом эталонной модели, поступающим через резистор 15, на инверсный вход операционного усилителя 16, реализующего блок 2 Формирования сигналаошибки, на выходе которого оценивается сигнал рассогласования между эталонным переходным процессом,вырабатываемым моделью 1, и реальным переходным процессом электропривода. Сигнал на выходе блока 2Формирования сигнала ошибки своей Формой, длительностью и амплитудой характеризует степеньотклонения реального переходногопроцесса от эталонного и его устойчивость при широком изменении параметров и характеристик электропривода, например, при изменении додесяти и более по кратности момента инерции двигателя при его замене,что приводит к соответствующемуизменению коэффициента усиленияв контуре регулирования выходнойкоординаты, а также при работе в режиме прерывистых токов и при изменении нагрузки. Далее сигнал с выхода операционного усилителя 16подается через резистор 17 на инверсный вход операционного усилителя 18, реализующего блок масштабного усилителя 3 с узлом ограниченияуровня напряжения, выполненного напаре встречно-последовательно соединенных база-коллекторных переходах бескорпусных транзисторов 19и 20, подобранных так, чтобы установить уровень ограничения напряжения пять-семь В. Кроме того, в обратную связь операционного усилителя 18 включен нелинейный элемент 4,содержащий(две) цепи. Одна из нихвыполнена на паре встречно-параллельно соединенных база-эмиттерных переходах бескорпусных транзисторов 21и 22, образующих вместе с тонкопленочным резистором 23 первую цепьобратной связи усилителя 18. Вторая цепь обратной связи образованарезисторами 24 и 25, средняя точкакоторых подключена к регулировочному входу 11. Нелинейный элемент 4обуславливает зависимость коэффициента усиления масштабного усилителя от уровня входного сигнала,обеспечивая на малых уровнях (доодного В) очень большой коэффициентусиления (более 200), подготавливаемый цепью на резисторах 24 и 25 иподключенным между регулировочнымвходом 11 и общим проводом внешнимрегулируемым резистором, а приуровнях входного сигнала от одного Вдо ограничения - на порядок меньшийкоэффициент усиления, обеспечиваемый резистором 23,Однако вырабатываемый масштабнымусилителем (операционный, усилитель18) сигнал, подаваемый на выход 10,еще не является окончательно сфор-.мированным для управления электроприводом путем осуществления согласования его реального переходного процесса с эталонным. Это происходитпотому, что регулируемый электропривод, как система управления, имеетпорядок, не ниже второго, и введение выработанного масштабным усилителем 3 на вход, электропривода необеспечивает устойчивого согласования переходным процессом в электроприводе с движением, предписываемымэталонной моделью 1. Поэтому существенным является то, что кромевновь введенных эталонной модели 1,блока 2, нелинейного элемента 4ввод.тся новые связи для вырабатывания с помощью первого сумматора 5,интегратора 6, второго сумматора 7дополнительного сигнала к сигналуошибки рассогласования, вырабатываемому блоком 2 формирования сигнала ошибки. Для этого выход операционного усилителя 26, реализующегосумматор 7, через тонкопленочныйрезистор 27 подключен к инверсномувходу операционного усилителя 28,реализующего первый сумматор 5. Образующийся из первого сумматора 5,интегратора 6, второго сумматора 7замкнутый контур с включенным в негоинтегратором 6, реализованным наоперационном усилителе 29 с емкостной обратной связью на микроконденсаторе 30, является Фильтром первогопорядка. На вход этого фильтра через тонкопленочные резисторы 31 и 32,подключенные к инверсному входу операционного усилителя 28 первого сумматора 5, поступают соответственно задающий сигнал от входа 8 и регулируемый сигнал от входа 9, причемрезисторы 31 и 32 подбираются так,чтобы сигналы были одинаковыми повеличине после затухания переходных процессов в электроприводе ипротивоположны по знаку. Кроме того,через тонкопленочный резйстор 33регулируемый сигнал от входа 9 подается на инверсный вход операционного усилителя 26 второго сумматора 7. В результате на выходе второго сумматора 7 вырабатывается сигнал, пропорциональный скорости изменения сигнала ошибки рассогласования реального и эталонного процессов. Выработанный вторым сумматором 7 сигнал с выхода операционногоусилителя 26 подается через тонкопленочный резистор 34 на инверсныйвход операционного усилителя 18масштабного усилителя 3 и суммируется с сигналом ошибки рассогласования, вырабатываемым операционным усилителем 16 блока 2 формирования сигнала ошибки, как было описано выше.Масштабный усилитель 3 с нелинейнымэлементом 4 обрабатывает полученную сумму сигналов таким образом,что при поступлении выходного сигнала операционного усилителя 18 5 10 15 20 25 30 3540 45 50 55 60 65масштабного усилителя 3 через выход10 устройства на вход регулируемогоэлектропривода, последнему обеспечивается устойчивое согласованиереального переходного процесса сэталонным процессом с максимально возМожным по Энергетическим ресурсаМ источников питания быстродействием при широких изменениях па,раметров и характеристик. формула изобретения 40 1. Устройство,для управленияэлектроприводом, содержащее последовательно соединенные первый сумматор интегратор, второй сумматор и масштабный усилитель с узам ограничения уровня напряжения, о т л-и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повы. шения быстродействияпри обеспече нии устойчивости в условиях широкого изменения характеристик электро- привода, оно дополнительно снабжено нелинейным элементом, а также последовательно соединенными эталонной р моделью управляемого электропривода и блском формирования сигнала ошибки,выход которого подключен ко второму входу масштабного усилителя, между выходом масытабного усилителя й еготретьим входом включен нелинейный зле . мент, входы эталонной Модели и первого сумматора объединены и являются первым входом устройства, вторые входы первого сумматора, блока формирования сигнала ошибки и второго сумматора объединены и являются вторым входом устройства, выход второго сумматора соединен с третьим входом первого сумматора, выход масштабного усилителя является выходом 40 устройства, управляющий вход нелинейного элемента соединен с третьим входом устройства, а общие точки эталонной модели, блока формирования сигнала ошибки, масштабиого усилителя, первого и второго сумматора и интеграторы объединены и служат общим выводом устройства.2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что эталонная модель выполнена в виде пассивного ВС-фильтра на тонкопленочном резисторе и микроконденсаторе.3. Устройство по п.2, о т л ич а ю щ е е с я тем, что масштабный усилитель выполнен в виде операционного усилителя, в цепь обратной связи которого включены встречно-последовательно соединенные база-эмиттерные переходы бескорпусных транзисторов.4. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что нелинейный элемент выполнен в виде двух параллельных цейей,одна из которых содержит последовательно включенные резисторы, общая точка которых является управляющим входом нелинейного элемента, а вторая содержит резистор ,и два встречно-параллельно соединенных база-эмиттерных перехода бескорпусных транзисторов.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Лебедев Е.Д., Неймарк В.Е.,Пистрак М.Я Слежановский О.В.Управление вентильными электроприводами постоянного тока, М., ПЭнергияф, 1970, с. 76-83, 98.2.Технический проект ВНИИЭлектропривод ОЛА 127072 (78083794), 197 В,с. 24-27Составитель В. Кузнецоваор И. Лысогорова Техред А,Ач орректо одпнсно иал ППП "атен д, ул.Проектная, 4 7/77 ВНнИПИ ссуда по делам н 113035, Иосквкомитета ССи открытийушская наб.